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ORCID:  http://orcid.org/0000-0003-4041-4403
Document type: Tese
Access type: Acesso Embargado
Embargo Date: 2036-09-04
Title: Aprendizado profundo para estimação de instantes de chegada com aplicação à detecção e localização de descargas parciais em cabos isolados de média tensão
Alternate title (s): Deep learning for time of arrival estimation with application to partial discharge detection and localization in medium voltage insulated cables
Author: Duarte, Leandro José
First Advisor: Pinheiro, Alan Petrônio
First member of the Committee: Wanderley Neto, Estácio Tavares
Second member of the Committee: Nobrega, Luiz Augusto Medeiros Martins
Third member of the Committee: Vasconcelos, Lorenço Santos
Fourth member of the Committee: Gomes, Luciano Coutinho
Summary: A descarga parcial é um dos principais precursores de falha em cabos isolados de média tensão. O diagnóstico baseado na sua medição pode responder a duas perguntas: se há atividade de descarga parcial no cabo e onde está a fonte. Esta tese propõe tratar a detecção e a localização como partes de um mesmo problema: estimar, em cada sinal, o conjunto dos instantes de chegada dos pulsos de descarga parcial, cujo número não é conhecido de antemão e pode ser nulo. Para isso, o modelo de aprendizado profundo proposto produz, para cada amostra do sinal, um valor que indica a confiança de que aquele instante corresponde à chegada de um pulso. Nessa formulação, há detecção quando ao menos um instante é encontrado, e a localização é obtida por reflectometria no domínio do tempo, com medição em uma única extremidade, pela diferença entre os instantes do pulso direto e da sua reflexão. O treinamento e a avaliação interna empregam dados próprios, publicados sob licença aberta, que compreendem medições de laboratório e de campo. A robustez é avaliada, adicionalmente, sobre um conjunto adquirido e publicado por instituição independente, ao qual a formulação é aplicada sem qualquer reajuste. O erro da estimação é avaliado sob dois aspectos: a identificação, que mede se os pulsos corretos foram encontrados, e a exatidão, que mede o erro temporal de cada pulso encontrado. A comparação é feita com procedimentos clássicos de estimação de instantes de chegada, calibrados sobre os mesmos dados e sob o mesmo protocolo. Na identificação, a formulação atinge F1 de 0,987, contra 0,699 a 0,799 dos procedimentos comparados, e mantém essa vantagem em todo o regime operacional de relação sinal-ruído avaliado. Na exatidão, o viés é subamostral, de 0,16 amostra, e a dispersão é de 1,4 amostra (14 ns), 32% menor que a do melhor procedimento comparado. Sob mudança de cenário de medição, com instrumentação e fontes de descarga distintas, a formulação preserva o desempenho, com F1 de 0,962. Dois estudos de caso demonstram as saídas do diagnóstico. Em uma campanha de campo de 8135 registros, analisados sem triagem prévia, todos os 1251 registros com atividade de descarga parcial são detectados, com falso positivo em 0,68% dos demais. Em ensaio laboratorial com defeito em posição documentada, a fonte é localizada a 1,70 m da posição real, em um cabo de 144 m.
Abstract: Partial discharge is one of the main precursors of failure in insulated medium-voltage cables. Diagnosis based on its measurement can answer two questions: whether there is partial discharge activity in the cable and where the source is located. This thesis proposes treating detection and localization as parts of a single problem: estimating, in each signal, the set of arrival times of the partial discharge pulses, whose number is not known in advance and may be zero. To this end, the proposed deep learning model produces, for each sample of the signal, a value indicating the confidence that the corresponding instant is the arrival of a pulse. Under this formulation, detection occurs when at least one arrival time is found, and localization follows from single-ended time-domain reflectometry, from the difference between the arrival times of the direct pulse and its reflection. Training and internal evaluation use the author’s own datasets, published under an open license, comprising laboratory and field measurements. Robustness is further assessed on a dataset acquired and published by an independent institution, to which the formulation is applied without any readjustment. The estimation error is assessed under two aspects: identification, which measures whether the correct pulses were found, and timing accuracy, which measures the temporal error of each pulse found. The comparison is made against classical arrival time estimation procedures, calibrated on the same data and under the same protocol. In identification, the formulation achieves an F1 of 0.987, against 0.699 to 0.799 for those procedures, and keeps this advantage throughout the operating range of signal-to-noise ratio evaluated. In timing accuracy, the bias is sub-sample (0.16 sample) and the dispersion is 1.4 samples (14 ns), 32% lower than that of the best procedure compared. Under a change of measurement scenario, with different instrumentation and discharge sources, the formulation retains its performance, with an F1 of 0.962. Two case studies demonstrate the diagnostic outputs. In a field campaign of 8135 records, analyzed with no prior screening, all 1251 records containing partial discharge activity are detected, with false positives in 0.68% of the remaining records. In a laboratory test with a documented defect position, the source is located 1.70 m from the actual position, in a 144 m cable.
Keywords: Descargas parciais
Partial discharges
Cabos de média tensão
Medium-voltage cables
Instantes de chegada
Time of arrival
Aprendizado profundo
Deep learning
Reflectometria no domínio do tempo
Time-domain reflectometry
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Subject: Engenharia elétrica
Cabos
Descargas elétricas
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica
Quote: DUARTE, Leandro José. Aprendizado profundo para estimação de instantes de chegada com aplicação à detecção e localização de descargas parciais em cabos isolados de média tensão. 2026. 180 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2026.708.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2026.708
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/50464
Date of defense: 4-Sep-2026
Sustainable Development Goals SDGs: ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação.
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